Газ классический распространение звука в нем

Классическая теория, основывающаяся на уравнениях Навье — Стокса, приводит к известным формулам акустической дисперсии Стокса — Кирхгофа. Для значений г, превышающих число 10, т. е. когда имеют дело с относительно малыми акустическими частотами и большими давлениями, относительная величина коэффициента поглощения звука невелика. Поэтому скорость распространения звука практически остается постоянной величиной. Следовательно, акустическая дисперсия отсутствует. [c.55]

Особо следует сказать о законах распространения звука на большие расстояния (свыше 1 км). Оказалось, что кроме классического затухания, определяемого по рис. 1.15 и 1.16, учитывающего влияние вязкости среды и молекулярного зату сания, более существенную роль играет затухание из-за турбулентности воздуха. Это затухание определяется ветром и в немалой степени потоками воздуха в вертикальном направлении (из-за разности температур земли и воздуха, а также разности давлений по высоте). [c.16]

Рассмотрение будет ограничено классическими жидкостями, в связи с чем мы не будем обсуждать вопрос о распространении звука в Не И и те. [c.151]

В 3 обсуждаются уравнения распространения звука в жидкости, получающиеся в классической гидродинамике, и пределы их применимости. При этом учитывается внутренняя структура молекул и групп молекул, которая не рассматривается при классическом гидродинамическом описании. Релаксационным процессам посвящен 4. [c.151]

Изучение распространения звука в текучих средах, т. е. в жидкостях и газах, начнем с классической гидродинамики. Как известно, в гидродинамике предполагается, что покоящаяся текучая среда является однородной, изотропной, вязкой, теплопроводной, химически инертной. Любую проблему движения в рамках гидродинамики можно рассмотреть с помощью системы четырех дифференциальных уравнений, которые выражают закон Ньютона, уравнение состояния текучей среды, закон сохранения массы (уравнение непрерывности) и закон сохранения энергии в термодинамическом процессе движения среды. [c.166]

Общей, или классической, акустикой называют раздел физики, имеющий дело с упругими колебаниями и волнами в классической сплои ной среде в случае, когда длины волн значительно больше расстояний между атомами и молекулами. Другими словами, общая акустика — это часть механики сплошных сред (гидродинамики и теории упругости), изучающая колебательные и волновые процессы. Если же среда характеризуется не только механическими, но и другими физическими свойствами (например, наличием пьезоэлектричества, фотоупругости, магнитных свойств и т. д.), то процесс распространения звука в такой среде может существенно зависеть от этих свойств. Для описания акустических явлений в этом случае уже недостаточно традиционных представлений механики сплошных сред. Необходимо использовать более общие модели, основанные на рассмотрении соответствующих явлений на макро- и микроуровнях. Это относится к взаимодействиям звука с тепловыми упругими волнами в кристаллах — фононами, взаимодействиям со светом — фотонами (акустооптика), со свободными носителями заряда — электронами (акустоэлектроника), с возбуждениями в магнитоупорядоченных кристаллах — магнонами. Когда длина волны становится сравнимой с параметром решетки кристалла, возникают специфические явления, которые также не могут быть описаны в рамках классической механики сплошных сред. [c.6]

УЗ-вые волны затухают значительно быстрее, чем волны более низкочастотного диапазона, т. к. коэфф. классического поглощения звука (на единицу расстояния) пропорционален квадрату частоты. В низкочастотной области коэфф. релаксационного поглощения также растёт пропорционально квадрату частоты, однако при повышении частоты этот рост замедляется и коэфф. поглощения стремится к постоянной величине. Область, где наблюдается такое изменение хода коэфф. поглощения, наз. релаксационной, а средняя её частота — частотой релаксации. Величина, обратная частоте релаксации,— время релаксации — характеризует процесс перераспределения энергии внутри вещества. Помимо характерного хода коэфф. поглощения УЗ, в релаксационной области наблюдается рост скорости звука с частотой — дисперсия, обусловленная физич. процессами в веществе и отличающаяся от дисперсии скорости звука, характерной для любых частот и связанной с геометрич. условиями распространения волны. Дисперсия УЗ в релаксационных областях обычно не превышает нескольких процентов. В многоатомных газах релаксация связана с обменом энергии между поступательными и внутренними степенями свободы, и характерные частоты лежат в среднем и даже низкочастотном диапазонах. В жидкостях к основным релаксационным процессам относятся, напр., внутримолекулярные превращения, структурная и химич. релаксации соответствующие частоты лежат чаще всего в области частот 10 —10 Гц. В твёрдых телах имеются релаксационные процессы различной природы, обусловленные, напр., взаимодействием ультразвука с электронами проводимости, со спиновой системой (см. Спин-фононное взаимодействие), С колебаниями кристаллической решётки. Влияние этих процессов проявляется в частотной зависимости поглощения УЗ. Резонансные явления типа акустического парамагнитного резонанса (область частот 10 —11 Гц) и акустического ядерного магнитного резонанса (10 —10 Гц) дают соответствующие пики поглощения. Резонансный характер может иметь также и дислокационное поглощение в кристаллах. Все эти особенности поглощения УЗ в твёрдых телах обусловлены взаимодействием УЗ-вых и гиперзвуковых волн с внутренними возбуждениями в твёрдых телах. Возникновение же такого взаимодействия связано с тем, что средние и высокие УЗ-вые частоты становятся сравнимы с характерными частотами процессов в веществе на молекулярном и атомном уровне, а длины волн сравнимы с параметрами внутренней структуры вещества. Последнее обстоятельство объясняет также увеличение рассеяния упругих волн на УЗ-вых частотах, наблюдаемое в микронеоднородных средах, в поликристаллич. телах сечение рассеяния на неоднородностях возрастает, если их размеры становятся порядка длины волны.. Связь характера распространения УЗ и, в частности, его высокочастотной области — гиперзвука — со структурой вещества и элементарными возбуждениями в нём является одной из важнейших особенностей УЗ-вых волн. Она позволяет судить о строении вещества на основании измерений скорости и погло- [c.11]

Характер релаксационных процессов ясно виден на классическом примере распространения звука в многоатомных газах, где процесс заключается в выравнивании энергии между внешними и внутренними степенями свободы молекул, осуществляемом путем соударений между молекулами. Внешние степени свободы — это три поступательные степени свободы молекулы. Энергия, приходящаяся на них, определяет давление газа. В одноатомном газе молекулы имеют только эти степени свободы. В двух- или многоатомном газе имеются еще и внутренние вращательные и колебательные степени свободы молекул. При прохождении звуковой волны через многоатомный газ энергия сообщается, путем соударений между молекулами, непосредственно только внешним степеням свободы. Но затем, после многих соударений, она частично переходит и на другие возбуждаемые степени свободы, стремясь к равномерному распределению между ними. Поэтому при сжатии данного объема газа возникшее первоначально давление, соответ- [c.393]

ТОНКАЯ СТРУКТУРА ЛИНИИ РАССЕЯНИЯ, КЛАССИЧЕСКАЯ И РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ТЕОРИИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В МАЛОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЯХ [c.285]

Как при классическом гидродинамическом рассмотрении, так и при рассмотрении релаксационных процессов характерные параметры распространения, такие, как скорость звука и коэффициент поглощения, зависят от частоты. Изучение частотной зависимости скорости и поглощения может дать важную информацию о структурных характеристиках жидкости ( 4). [c.152]

Автором работы [3.71] на основе уточненных уравнений было исследовано распространение малых возмущений в гидроупругой системе типа цилиндрическая оболочка — жидкость. Исследование характеристик и фазовых скоростей обнаружило существенное качественное отличие результатов такой постановки от классической, состоящее в том, что перед фронтом распространения возмущений в жидкости частицы ее не будут находиться в покое, а будут двигаться. Движение их вызывается движением стенок оболочки, в которой волны распространяются с более высокой скоростью, чем скорость звука в жидкости. [c.213]

Скорость распространения УЗ-вых волн в неограниченной среде определяется характеристиками упругости и плотностью среды (см. Скорость звука). В ограниченных средах на скорость распространения волн влияет наличие и характер границ, что приводит к частотной зависимости скорости, т. е. к дисперсии скорости звука. Уменьшение амплитуды и интенсивности УЗ-вой волны по мере её распространения в заданном направлении, т. е. затухание звука, обусловливается, как и для волн любой частоты, расхождением фронта волны с удалением от источника (см. Звуковое поле), рассеянием и поглощением звука, т. е. переходом звуковой энергии в другие формы, и в первую очередь в тепловую. На всех частотах как слышимого, так и неслышимых диапазонов имеет место т, н. классическое поглощение, обусловленное сдвиговой вязкостью (внутренним трением) и теплопроводностью среды. Кроме того, почти во всех средах существует дополнительное (релаксационное) поглощение, обусловленное различными релаксационными процессами в веществе (см. Релаксация) и часто существенно превосходящее классическое поглощение. Относительная роль того или иного фактора при затухании звука зависит как от свойств среды, в к-рой звук распространяется, так и от характеристик самой волны, и в первую очередь от её частоты. [c.10]

Это обстоятельство может служить замечательной иллюстрацией интуитивной консервативности человеческого мышления. Более двух с половиной веков, от времен Ньютона до конца прошлого столетия, механика рассматривалась как прямая и единственная основа всей физики. Под словами понять или объяснить какое-либо физическое явление имели в виду построение его механической модели, причем выражение модель понималось буквально, в смысле какой-либо реальной конструкции из предметов, подчиняющихся законам классической механики. Так для объяснения распространения световых волн была придумана специальная заполняющая все пространство упругая среда — мировой эфир , — в котором световые колебания распространялись так же, как звук в твердых телах. Создатель современной электродинамики Максвелл потратил немало сил на попытки так оборудовать эту среду, чтобы она описывалась бы выведенными им уравнениями дело доходило до напоминающих часовой механизм моделей с колесами и зубчатыми передачами. Только к концу прошлого века физикам пришлось примириться с тем, что новые области физических явлений — тогда в первую очередь шла речь об электродинамике — принципиально несводимы к механике. В связи с этим место реальных механических моделей начали занимать в физике модели математические, от которых уже требовалось не конструкционное тождество с объектом, а только математически аналогичное описание — н что же, в качестве материала для построения таких моделей мы опять используем механические уравнения [c.11]

Следует иметь в виду, что в области звуковых частот поглощение (как классическое, так и молекулярное) невелико и дальность распространения акустических сигналов ограничена турбулентностью атмосферы и наличием рефракции, обусловленной температурным градиентом и градиентом скорости ветра. По экспериментальным данным Г. Зига, ослабление звука с расстоянием, наблюдаемое в реальных условиях, имеет, независимо от частоты, величину, варьирующую от 1 до 10 дб на 100 м пробега волны. Малые величины наблюдаются при штиле, большие — при сильном порывистом ветре. [c.445]

В механике жидкости и газа, напротив, был получен ряд важных общих результатов. Так, было введено четкое понятие давления в идеальной жидкости (И. Бернулли, Л. Эйлер), разработаны некоторые общие положения гидравлики идеальной жидкости, в том числе получены уравнение Бернулли (Д. и И. Бернулли, Л. Эйлер) и теорема Борда. Наконец, благодаря главным образом трудам JI. Эйлера были заложены основы гидродинамики идеальной (капельной и сжимаемой) жидкости. Замечательно, что уравнения гидродинамики были построены Эйлером при помощи вполне современного континуального подхода. Тут к его результатам трудно что-либо добавить ив 47 наши дни (конечно, если не касаться термодинамической стороны вопроса). Однако блестящая по стройности построения общая гидродинамика идеальной жидкости оказалась в XVIII в. лигпенной каких-либо приложений, если не считать акустики, опиравшейся в то время на представления И, Ньютона, эквивалентные предположению об изотермичности процесса распространения звука. Опередивйхие более чем на век требования времени, континуальные представления Эйлера в гидродинамике идеальной жидкости нуждались лишь, казалось бы, в небольшом обобщении — последовательном введении касательных напряжений,— для того чтобы обеспечить построение основ всей классической механики сплошной среды. Но, по-видимому, именно опережение Эйлером своей эпохи и практических запросов того времени повлекло за собой то, что толчок к дальнейшему развитию механики сплошной среды дали только через три четверти века феноменологические исследования, основанные на молекулярных представлениях. Чисто континуальный подход, основанный на идеях Эйлера и Коши, был последовательно развит англ [йской школой в 40-х годах и завоевал полное признание только в последней трети XIX в. [c.47]

Возвращаясь к классическим представлениям, можно сказать, что в средах без дисперсии и с одной скоростью распространеная звука возможно взаимодействие, приводящее к нарастающим волнам комбинационных частот, только волн, распространяющихся в одном направлении. Искажение волны конечной амплитуды, которое может рассматриваться как самодействие , возможно, вообще говоря, только в среде без дисперсии. В среде с диспер- [c.51]

Однако исследования слабонелинейных возмущений в сжимаемой среде долгое время были, за немногими исключениями, весьма слабо связаны с классической акустикой, которая занималась звуками музыкальных инструментов, эоловыми тонами, акустическими свойствами помещений, распространением звука в воздухе и воде и другими, сугубо линейными проблемами. Резкий подъем интереса к нелинейным акусгаческим явлениям относится к концу 1950-х годов, и тому были веские причины. С одной стороны, появилась потребность в изучении сильных звуков, возникающих в океане, атмосфере, земной коре при взрывах, работе реактивных двигателей и тд. С другой - появились источники мощного звука и ультразвука, используемые для локации природных сред, диагностики материалов, в технологии, хирургии и других областях. При этом во многих случаях, даже при относительно небольших (по акустическому числу Маха) амачитудах поля, нелинейные искажения могут накапливатмя до существенных величин, поскольку расстояния, измеряемые в длинах волн (а именно такая мера чаще всего определяет величину эффекта), оказываются достаточно большими. [c.3]

Рэлей (Джон Уильям Стретт, с 1873 г.—лорд Рэлей, 1842—1919) — знаменитый английский физик. Предметом его наиболее известных исследований являлись теория распространения звука и света, а также электричество, его книга Теория звука является классической и до сих пор широко используется. Его научные труды составили шесть томов, выдержавших два издания ([11,9] и [11.10]). Дж, У. Стретт учился в Тринити-колледже Кембриджского университета, где преподавали Э. Дж. Раус и Дж. Г. Стокс. Наряду с изучением теории он много занимался экспериментами. В 1879 г. он стал профессором Кавендишской лаборатории в Кембридже, а впоследствии был избран профессором натуральной философии Королевск - [c.559]

Уравнение (9.16) —классическое волновое уравнение. Величина йа — скорость распространения звука в покоящемся газе. Найдя Ф из решения (9.16), определим скорость v = gradф. Определим давление, используя интеграл Лагранжа [c.124]

Согласно общему принципу классической механики, приведенное рассуждение остается верным и в случае жидкости или газа, равновесным состоянием которых является квазитвердое поступательное и равномерное движение. В галилеевой системе координат, связанной этой квазитвердо движущейся средой, уравнения гидроаэродинамики сохраняют свой вид и все предыдущие выводы остаются справедливыми, если под скоростью распространения Звука всегда подразумевать [c.155]

Книгу Ф. Морза, выпускаемую в русском переводе, необходимо выделить среди многочисленных переводных книг, выходящих в последние годы. Следует отметить, прежде всего, что автор, физик-теоретик, известный своими работами по квантовой механике, написал книгу по теории колебаний и звука. Применение методов современной теоретической и математической физики дало ему возможность с новой точки зрения изложить ряд вопросов классической акустики, а также по-новому рассмотреть задачи, возникшие в акустике в более позднее время. Помимо общего материала, автором изложены в книге результаты ряда его собственных работ и работ его учеников, представляющие значительный интерес. Сюда относятся вопросы излучения и рассеяния звука, распространения звука в каналах с поглощающими стенками, архитектурная акустика. [c.8]

Мы уже упоминали в гл. III, 3, что в 1925 г. Пирс [1588] путем интерферометрических измерений обнаружил увеличение скорости звука в СОз при повышении частоты. Его измерения дали для частоты 42 /сгц скорость 25S,S м/сек, для частоты 98 кгц скорость 258,9 м1сек и для частоты 206 кгц скорость 260,2 м1сек. Классическая теория распространения звука не дает объяснения этому интересному явлению, истолкование которого требует учета внутримолекулярных процессов. [c.320]

В твердых ВВ самоподдерживающаяся детонация не распространяется, если диаметр заряда меньше некоторого критического значения кр- Это значение зависит от физико-химических свойств ВВ, внешних условий (давления, температуры). Существование критического размера заряда нельзя объяснить в рамках классической теории детонации, так как в ней не учитывается конечное время химической реакции но фронте детонационной волны. Впервые связь между временем химических реакций и критическим диаметром теоретически рассмотрел Ю. Б. Харитон [38, 39]. Условие возможности распространения детонации имеет вид йз10тр, где ёз — диаметр заряда, с — скорость звука, Тр — характерное время реакции. Из неравенства следует, что время химической реакции ударносжатого вещества должно быть меньше времени разлета реагирующей среды. Для оценки критического диаметра предложена формула [c.99]

Эта специфика прежде всего выражается в реальной и широко используемой возможности генерирования плоских или квазипло-ских волн, в особом значении импульсного режима излучения, в воздействии мощного ультразвука на среду и ее реакции на это воздействие, в сильном поглощении ультразвуковых волн в газах и возможности распространения сдвиговых волн в жидкостях, в отчетливом проявлении нелинейных акустических эффектов в жидкостях и твердых телах, постоянных сил в ультразвуковом поле и т. д. Соответственно на первое место в ультраакустике выходят вопросы распространения плоских волн, их поглощения, отражения, преломления, прохождения через слои, фокусирования, рассеяния, анализ нелинейных эффектов, пондеромоторных сил в поле плоских волн, дифракционных и интерференционных эффектов в поле реальных излучателей ультразвуковых пучков вместе с анализом отклонений характеристик ультразвукового поля в ограниченных пучках по сравнению с полем идеальных плоских волн, распространения различных типов ультразвуковых волн в безграничных и ограниченных твердых телах, в том числе — в кристаллах и пр. В насго-яи ей книге сделана попытка дать всем этим вопросам достаточно полное освещение в сочетании с другими аспектами распространения ультразвуковых волн. В книге приводятся также э сперимеп-тальные данные по скорости и поглощению ультразвука в л<идко-стях и газах, а также по скорости звука в изотропных твердых телах и кристаллах. Наряду с классическим материалом в ней использованы данные из оригинальных источников, на которые сделаны соответствующие ссылки. [c.5]

Принципиальные особенности движения газа со сверхзвуковыми скоростями — волновой его характер — были отмечены впервые в 1847 г. Допплером. Наличие волн было позже (1875—1897) экспериментально обнаружено и изучено австрийскими физиками Э. Махом и Л. Махом. Риман (1826—1866) в классическом мемуаре О распространении волн конечной амплитуды , относящемся к 1860 г., установил получившие в дальнейшем широкое применение инварианты — функции давления и скорости или скорости звука и скорости, сохраняющие свои значения вдоль характеристик уравнений динамики газа, и тем самым заложил теоретические основы исследования сверхзвуковых потоков. Теория Римаиа объяснила необходимость образования в сверхзвуковых потоках так называемых ударных волн или скачков уплотнения. [c.29]

Второй период охватывает время от конца 17-го до 20-х годов нашего века. И. Ньютон создает основу механики. Р. Гук (Англия) на опыте устанавливает пропорциональность мевду напряжениями и деф01ялациями в твердых телах - основной закон теории упругости. Х.Гюйгенс (Голландия) формулирует важный принцип - так называемый принцип Гюйгенса в волновом движении. С этого времени начи-назтся расцвет классической физики. Механика, гидродинамика и теория упругости, математическая физика, теория колебаний и волн, акустика и оптика развиваются в тесной взаимосвязи. В этот период акустика развивается как раздел механики. Создается общая теория механических колебаний, теория излучения и распространения упругих (звуковых) волн в различных средах, разрабатываются методы измерения характеристик звука (скорости звука, звукового давления в среде, импульса, энергии и потока знергии звуковых волн). Диапазон частот звуковых волн рася иряется и охватывает как область инфразвука, так и ультразвука (свыше 20 кГц).Выяо- [c.5]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...